涡轮增压德国人吹了十年 却不知道日本人才是祖宗

原创
新浪汽车原创 王昊 2020-04-01 00:16

现如今,新车从国产到合资再到进口,大部分都带了一个T,也就是我们熟知的涡轮增压技术。似乎现在新车不带个T都不好意思拿上台面,而大众旗下的EA111与EA888的普及也让中国人真正认识到了涡轮增压技术的魅力,但问题来了,涡轮增压是谁发明的?又是谁将这项技术运用到了炉火纯青的地步?有人肯定会说是德国人,毕竟大众的涡轮增压近些年来名气太大了。其实严格来说不太准确,今天我们就来一起聊一聊。

什么是涡轮增压技术

涡轮增压技术,给人的第一个印象就是能够提升动力。没错,在很多改装车或者游戏中,涡轮增压是能够直接提升动力的最有效装置。那么,它是如何实现的呢?

简单来讲,就是在发动机的排气上装了一个涡轮,通过排出的废气带动这个涡轮高速旋转,在涡轮的另一头连接着进气,旋转的叶片疯狂吸取空气,以提升发动机的功率。涡轮增压的最大优点是它可在不增加发动机排量的基础上,大幅度提高发动机的功率和扭矩。简单点讲,就是能够减少油耗并提升动力。

涡轮增压技术的特点

这就不得不说到涡轮增压器的特点。由于排气管中的高温废气进入涡轮增压器,通过惯性涡轮经常保持在每分钟10万转以上的转速继续旋转着,这个时候的涡轮不仅转速高,温度还特别高,所以对涡轮增压器的精密程度还有寿命有着极高要求。早期的涡轮增压器往往因为可靠性不足而产生故障。

在收油时,由于节气门开度迅速减小直至处于关闭的怠速状态,让发动机不再进气了,但此时此刻涡轮增压器由于惯性并没有停止工作!这就让进气管中的气流会在节气阀处受阻产生极高的压力,如果在进气管中这部分高压空气不能被及时排走,就会使进气管中压力迅速升高,有可能造成节气门损害或进气管爆裂。

所以在现代的涡轮增压车型中,我们会发现一个特别的装置——泄压阀。它的作用就是在进气管道中加装一个卸压装置,来卸掉管道中来自进气涡轮压缩后的多余高压空气。我们听过很多赛车在减速过程中产生“呲……”的声音,这就是泄压阀在起作用。

涡轮增压技术的历史

纵观历史,推动技术创新的大部分第一时间用来服务战争。我们现在如此普及的涡轮增压技术,其实早在100多年前就已经诞生。1905年Alfred Buchi博士申请了第一款涡轮增压器的专利。第一次世界大战的爆发,也让这位老哥体验了一把躺着也能把钱赚的战争财。

当时的飞机设计师发现飞机在高空飞行的时候,稀薄的空气会导致活塞发动机动力不足,而涡轮增压器能够让发动机吸入更多的空气,保持动力输出。所以战争时期主要应用于船舶、航空领域。

20世纪30年代,美国在大功率涡轮增压航空发动机技术上取得重大突破,随后生产出了一系列活塞式航空发动机装备在了著名的P38重型战斗机、B24重型轰炸机等等,帮助美国在二战中取得了决定性作用。

而涡轮增压技术早期运用在汽车中,主要受限于高温和空间的限制。早在1952年的印地500赛事中搭载了康明斯涡轮增压柴油机的赛车获取杆位并领跑了大部分赛程,不过中途因为机械故障而退赛,故障原因是增压器烧毁+曲轴损坏。

随后涡轮增压车型陆续出现,但大多数因为成本过高,可靠性不足没有得到普及。1962年,雪佛兰推出了Corvair Monza Spyder Coupe和Corvair Monza Spyder Convertible这两款车型,它们都搭载了一台2.4升直列六缸涡轮增压汽油发动机,这台2.4升发动机可以提供152PS的最大马力,这在当时是一个非常惊人的数据。不过较高的价格加上较低的可靠性,在美国那个汽油比可乐还便宜的年代里,远不如实在的大排自吸车更受消费者青睐。

1972年BMW制造出了2002 Turbo,这也是今日M3的鼻祖。2002 Turbo搭载了一台特别调教过的2.0升直列四缸涡轮增压发动机,可以在近7000转的转速下爆发出170PS的功率,而最高转速更是高达8000rpm。40年前的那个时代,可以在7秒以内从静止冲到100公里/小时。一石激起千重浪,它直接引爆了欧洲人对汽车的热情,这也是欧洲第一台搭载汽油涡轮增压发动机的量产汽车。

1975年,采用后置后驱的保时捷,看着其他赛车往宽大的发动机舱里塞进V8、V10甚至V12发动机的时候,陷入了困局。由于保时捷911采用了特殊的后置后驱设计,在排量上它们无法更大的发动机塞入后发动机舱。无奈之下涡轮成为了保时捷唯一的选择。

借助德国高水准的整体铸造工艺,保时捷将一颗巴掌大的涡轮,塞进了1975年款911S的发动机上。这让保时捷911的最大马力从180PS直接跳至260PS。后轮上的强大动力让车尾非常不稳定。不过它让保时捷进入了一个曾经不属于自己的领域。

时间来到了1977年,曾经的飞机制造商萨博公司推出了一款家用车型萨博99,很多人认为是萨博发明的涡轮增压发动机。实际上,萨博99车型采用了低压涡轮技术,并且首次采用了一个废气阀门,这也是上文提到的泄压阀。这让涡轮增压技术,真正开始走向成熟稳定。

萨博99一经推出震惊了当时的欧洲媒体,大家都认为在一款家用车型上用上了只会在赛车中出现的涡轮增压技术简直不可理喻。不过当萨博邀请媒体试驾,大家才发现萨博99上没有以往涡轮增压车型上严重的涡轮迟滞现象,低增压值的涡轮增压器轻快地在发动机仓里转动,带来温和却有力的动力输出。

什么是涡轮迟滞?

如果你有一辆涡轮增压车型,那么你一定有过这样的体验,当你踩下油门后发动机慢慢爬升到一定转速后,会感觉突然介入一股加速力拽着你跑,这就代表涡轮开始介入,而在介入前所需的时间就是涡轮迟滞,它代表了涡轮的增压压力一直升高到最大值所需要的时间。

涡轮增压车型的加速没有自然吸气车型那么线性。如果这股加速力量过大,控制不好甚至会危害驾驶,减少涡轮迟滞就显得非要重要。在技术上,可以使用小型化轻量化的涡轮。这也是萨博99上涡轮增压的思路。当然你也可以通过再加入一个机械增压与涡轮增压优势互补,规避各自的短板。

涡轮增压技术的流行

真正让涡轮增压技术所流行,不得不提起大众经典的EA111与EA888经典发动机。EA111发动机有1.4L、1.6两种排量,融合了缸内直喷、涡轮增压等先进技术,这款发动机具有小排量、高功率、低油耗等性能优势。

为了减少涡轮迟滞,EA111就采用了机械增压和涡轮增压的双增压系统,小尺寸的涡轮设计也让转动惯量会减小,有效地缓解涡轮增压系统低速迟滞的现象。可以说是经典的涡轮增压发动机的代表,而1.4TSI也获得过十佳发动机的称号。

1.4TSI的最大功率可达到125kW,扭矩可达240N·m。这款发动机搭载到了高尔夫、尚酷、EOS、Jetta以及途观等车型中。而国内生产的1.4TSI由于油品问题,发动机取消了机械增压和分层燃烧,只保留涡轮增压和缸内直喷,高尔夫六、速腾、迈腾、朗逸等车型均有搭载。

经典的EA888

EA888应该是大众集团目前使用率最高的发动机之一了,它有1.8与2.0两种动力。共计有4大汽车品牌的二十余款车型搭载了根据不同需求所调教的EA888发动机。从常见的大众帕萨特、再到保时捷Macan,甚至以性能为取向的奥迪S3和高尔夫R这类性能小钢炮上都有EA888的身影。

虽然同叫EA888,但技术上各品牌之间略有区别。例如奥迪的EA888发动机采用了缸内直喷+歧管喷射的混合喷射技术,在拥有可变气门正时技术的同时还另外多出一项名为可变气门升程的技术。而大众上的版本大多只采用了缸内直喷技术。

奥迪S3与高尔夫R可以说将这颗引擎真正发扬光大,它们搭载了最顶配的EA888,这颗排量为2.0L的四缸涡轮增压发动机原厂就拥有290Ps的最大马力,最大功率213kW以及高达380N·m的峰值扭矩,百公里加速时间仅为4.8s。

这样的数据表现,简直比六缸发动机还要有看头,几乎可以被列入当今最强的四缸发动机之一。最重要的是,它还有着强大的潜力能够供你挖掘,极限改装能够让这颗EA888的最大马力升级到了500Ps以上,百公里加速时间也被缩短至3秒以内,这才是真正的平民超跑啊。

德国技术还是日本技术?
奥迪S3与大众高尔夫R上搭载的涡轮奥迪S3与大众高尔夫R上搭载的涡轮

当你驾驶着著名EA888车型在路上吹捧德国车高级的时候,那么你可能要被打脸了。没错,德国大众EA111的1.4T与EA888的2.0T发动机的涡轮,都采用了来自日本IHI公司的产品。显然在涡轮技术这块,咱们对面的日本可没输过谁。

IHI公司原名“石川岛播磨重工业”,这家重工业公司历史悠久,与三菱重工一样,是日本军工企业的代表之一,主要生产船舶、航空和汽车上的涡轮增压器,是目前世界5大涡轮增压器生产商之一,已经生产了超过3600万的涡轮增压器。

这个时候,你肯定会发现一个问题,为什么日本搭载涡轮增压技术的车型很少?这和日本的路况有关。日本的道路状况决定了不需要这么强大的动力输出,这也是为什么以前的日本民用车的马力被限制在280Ps以内,所以日本更多用心于造舒适的民用车。

例如日本人最爱的K-car车型大多都有着不到1.0的排量,这和喜欢在涡轮上做文章的欧洲车形成了鲜明对比。不过这并不意味着日本的涡轮技术落后。相比在增压发动机技术上的投入,它们更愿意去完善自然吸气发动机,以提升发动机的燃油经济性。

日本涡轮技术的高光时刻

其实和多数车迷所了解的一样,日本车厂并不缺少涡轮增压技术。早在上个世纪80年代,面对当时激烈的市场竞争,装备涡轮增压发动机就已开始在日本车里盛行,不仅有搭载RB26DETT涡轮增压发动机的“战神” GTR出现横扫日本房车锦标赛,本田更是凭借着涡轮增压发动机在当时的 F1 赛场上红极一时。到了90年代,丰田Supra、三菱3000GT、马自达RX7都成了当时的“增压”明星。

如今,日产GTR继承了日本的运动跑车辉煌。顶级的Nismo版本,更是并搭载了一台与GT3级赛车相同的双涡轮增压器,也就是说,它是一辆可以直接参加GT3级别赛车的车型。然而顶级的Nismo并不比法拉利、兰博基尼等超级跑车便宜多少。好在2020款GT-R Track Edition版就能够拥有Nismo版本上的赛车级涡轮增压器,价格嘛要少了四分之一。要知道这一代日产GTR的第一次亮相已经是2007年了,在经历了十几年后,动力上依旧有着足够的优势。

新能源车型的崛起

随着全球电动化的崛起,越来越多的车型开始采用混合动力,或者纯电动以减少车辆排放。似乎涡轮增压技术已经扛不起“减少油耗并提升动力”的大旗了。不过这并不代表着涡轮增压技术就被淘汰,泄压阀产生的“呲…呲…”声依旧吸引着燃油车的追随者们。

近日,奥迪新款S6和S7刚刚投放美国市场,它们都搭载了2.9升 TFSI双涡轮增压V6汽油发动机,相较于老款的4.0 TFSI双涡轮增压V8汽油发动机,不仅排量小了,动力却增加了50N·m。这是怎么做到的呢?

这台2.9L TFSI双涡轮增压V6发动机使用了奥迪最新的48V轻度混合动力系统。并搭载了首款小型涡轮电动机,能够在发动机启动之初,在低转速的情况下就为发动机提供进气增压,以低于250毫秒的响应时间、70000rpm的最高转速消除了涡轮增压滞后的不利影响,并提高油门响应,增加动力输出。

总结:说了那么多,涡轮增压这项技术的诞生最早是服务于二战时的美国军机,后来将这项技术真正运用成熟的反倒是瑞典的萨博品牌,让涡轮增压技术真正开始走向了成熟稳定,要说汽车领域的涡轮增压鼻祖,还得是萨博,可谓是祖宗的祖宗。说到祖宗,回到标题,日本人在汽车涡轮增压领域的贡献其实不比德国人少,前面也说到过,耳熟能详的德国大众EA111与EA888发动机涡轮,都采用了来自日本IHI公司的产品。除了供应商领域的核心优势外,其上世纪80年代日系车对涡轮增压的开发可谓是到了炉火纯青的地步,“战神” GTR出现横扫日本房车锦标赛,本田更是凭借着涡轮增压发动机在当时的 F1 赛场上红极一时。到了90年代,丰田Supra、三菱3000GT、马自达RX7都成了当时的“增压”明星。至于德国,虽然它的涡轮增压也有历史,但真正让其声名大噪的还得说近几年大众品牌的宣传与包装。

随着发动机油耗和排放法规愈加严格,小排量发动机成为了众多车企的救命稻草之一,如今的汽车已经进入了“小排量涡轮时代”。虽然全球已经开始了电动化浪潮,但只要燃油车还在,涡轮增压技术依旧有着一席之地。而在电动化浪潮下,涡轮增压的技术也在顺应潮流,在48V弱混车型的普及后,电子涡轮增压技术也将全面普及。至于涡轮增压车型优势还在么?显然,在某些领域,涡轮的魅力依旧无法阻挡。

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热门评论

yuguo800 yuguo800山东济南

日本车喜欢CVT,但钢带用博世的,是不是德国更厉害,所以说不能以点带面,只是术有专攻,行业分工而已,用不着上升到更高的层面!

04-09 12:51

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